FR3096129A1 - method of geolocation of platforms moving in formation, computer program product and associated geolocation module - Google Patents
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Abstract
Procédé de géolocalisation de plateformes se déplaçant en formation, produit programme d’ordinateur et module de géolocalisation associés Ce procédé comprenant les étapes suivantes mises en œuvre à chaque acquisition d’un ensemble de mesures, l’ensemble de mesures comprenant des mesures locales relatives à chacune des plateformes et des mesures de distance entre chaque couple de plateformes : - alignement temporel (120) des mesures de l’ensemble de mesures pour obtenir une prédiction de chaque mesure à un instant tk+1 futur ; - détermination (140) de données de navigation relatives à l’ensemble des plateformes à l’instant tk+1 à partir des prédictions des mesures à l’instant tk+1 ; - actualisation (130) des prédictions de chaque mesure locale à l’instant tk+1 ou des données de navigation relatives à l’ensemble des plateformes à l’instant tk+1 ; - composition (150) d’un vecteur d’état suivant à partir des données de navigation relatives à l’ensemble des plateformes à l’instant tk+1. Figure pour l'abrégé : figure 3Method for geolocation of platforms moving in formation, computer program product and associated geolocation module This method comprising the following steps implemented on each acquisition of a set of measurements, the set of measurements comprising local measurements relating to each of the platforms and of the distance measurements between each pair of platforms: - temporal alignment (120) of the measurements of the set of measurements to obtain a prediction of each measurement at a future instant tk + 1; - determination (140) of navigation data relating to all the platforms at the instant tk + 1 from the predictions of the measurements at the instant tk + 1; - updating (130) of the predictions of each local measurement at the instant tk + 1 or of the navigation data relating to all the platforms at the instant tk + 1; - composition (150) of a next state vector from navigation data relating to all platforms at time tk + 1. Figure for abstract: figure 3
Description
La présente invention concerne un procédé de géolocalisation de plateformes se déplaçant en formation.The present invention relates to a method for geolocating platforms moving in formation.
La présente invention concerne également un produit programme d’ordinateur et un module de géolocalisation associés.The present invention also relates to an associated computer program product and geolocation module.
On entend par « plateforme » tout engin, notamment un engin motorisé, apte à se déplacer dans l’espace, notamment en formation avec d’autres engins. Ainsi, un aéronef (avion, hélicoptère, drone, etc.), un bateau, un véhicule ferroviaire ou une automobile sont des exemples d’un tel engin.“Platform” means any device, in particular a motorized device, capable of moving in space, in particular in formation with other devices. Thus, an aircraft (plane, helicopter, drone, etc.), a boat, a railway vehicle or an automobile are examples of such a device.
Par « déplacement en formation », on comprend la manière de déplacement d’une pluralité d’engins à proximité, la notion de proximité dépendant de la nature des engins et de la formation. Ce déplacement peut être par exemple effectué en gardant des distances sensiblement constantes entre chaque couple d’engins ou alors en variant ces distances en fonction par exemple des évènements extérieurs ou des règles prédéterminées. Les engins forment ainsi une structure qui est appelée parfois essaim.By "movement in formation", we understand the way in which a plurality of machines move in proximity, the notion of proximity depending on the nature of the machines and the formation. This displacement can be carried out, for example, by keeping distances substantially constant between each pair of machines or else by varying these distances according, for example, to external events or predetermined rules. The machines thus form a structure which is sometimes called a swarm.
On connait dans l’état de la technique des méthodes de géolocalisation d’aéronefs volant en formation.Methods for the geolocation of aircraft flying in formation are known in the state of the art.
Ces méthodes permettent généralement de mettre en œuvre une navigation dite collaborative. Un tel type de navigation consiste à échanger des informations de navigation entre les aéronefs via par exemple une liaison radio. Après une analyse de l’ensemble des informations transmises, il est possible d’obtenir de manière précise la position de chacun des aéronefs.These methods generally make it possible to implement so-called collaborative navigation. Such a type of navigation consists in exchanging navigation information between the aircraft via for example a radio link. After an analysis of all the information transmitted, it is possible to precisely obtain the position of each of the aircraft.
Ainsi, selon des exemples connus, chaque aéronef dispose généralement d’un récepteur GNSS (de l’anglais « Global Navigation Satellite System ») permettant d’obtenir une position absolue de cet aéronef en utilisant un module de positionnement par satellites.Thus, according to known examples, each aircraft generally has a GNSS (Global Navigation Satellite System) receiver making it possible to obtain an absolute position of this aircraft by using a satellite positioning module.
Au moins certains aéronefs sont aptes en outre à mesurer la distance entre eux en mettant en œuvre une technique de télémétrie.At least some aircraft are also capable of measuring the distance between them by implementing a telemetry technique.
Cette technique permet de mesurer des distances entre des couples d’aéronef en exploitant par exemple une liaison radio ou toute autre liaison disponible entre eux.This technique makes it possible to measure distances between pairs of aircraft by exploiting, for example, a radio link or any other link available between them.
En particulier, pour ce faire, l’un des aéronefs d’un couple d’aéronefs émet un signal de type prédéterminé dans la liaison radio formée avec l’autre aéronef du couple. Cet autre aéronef répond à ce signal également par un signal de type prédéterminé qui est ensuite reçu par le premier aéronef. Ainsi, en mesurant le temps entre l’instant d’émission du signal par le premier aéronef et l’instant de réception de la réponse à ce signal, il est possible de déterminer la distance séparant les deux aéronefs.In particular, to do this, one of the aircraft of a pair of aircraft transmits a signal of a predetermined type in the radio link formed with the other aircraft of the pair. This other aircraft also responds to this signal with a signal of a predetermined type which is then received by the first aircraft. Thus, by measuring the time between the instant of transmission of the signal by the first aircraft and the instant of reception of the response to this signal, it is possible to determine the distance separating the two aircraft.
Il existe également des techniques de goniométrie permettant de déterminer des angles relatifs entre différents aéronefs en analysant la direction de provenance des signaux radioélectriques de ces aéronefs.There also exist goniometry techniques making it possible to determine relative angles between different aircraft by analyzing the direction from which the radio signals of these aircraft originate.
Il est donc possible de combiner des informations reçues via les capteurs GNSS avec des mesures de télémétrie et éventuellement des mesures de goniométrie, afin d’en déduire la position de chacun des aéronefs de manière particulièrement précise.It is therefore possible to combine information received via GNSS sensors with telemetry measurements and possibly goniometry measurements, in order to deduce the position of each of the aircraft in a particularly precise manner.
Toutefois, en cas de déni des signaux GNSS (notamment les cas de brouillage ou différents cas de pannes), la détermination d’une position précise de chacun des aéronefs volant en formation devient particulièrement compliquée.However, in the event of denial of the GNSS signals (in particular cases of jamming or various cases of breakdowns), the determination of a precise position of each of the aircraft flying in formation becomes particularly complicated.
Pour pallier cette difficulté, des méthodes de l’état de la technique proposent de déterminer la position de chacun des aéronefs en utilisant d’autres instruments de mesure disponibles à bord tel qu’une centrale inertielle notamment.To overcome this difficulty, methods of the state of the art propose to determine the position of each of the aircraft by using other measuring instruments available on board such as an inertial unit in particular.
Les mesures issues de ces instruments sont ensuite combinées avec des mesures de distance entre différents couples d’aéronefs obtenues en mettant en œuvre une technique de télémétrie.The measurements from these instruments are then combined with distance measurements between different pairs of aircraft obtained by implementing a telemetry technique.
Les différentes mesures sont alors bufferisées et fusionnées à l’issu de chaque cycle de bufferisation afin d’en déduire la position de chacun des aéronefs.The different measurements are then buffered and merged at the end of each buffering cycle in order to deduce the position of each of the aircraft.
Toutefois, pour des plateformes à très grande mobilité, c’est-à-dire pour des plateformes ayant des déplacements relatifs importants en peu de temps, les mesures bufferisées (mesures de position et/ou de télémétrie et/ou de goniométrie) ne peuvent plus être considérées comme encore valides à la fin du cycle en raison des déplacements des plateformes entre l’instant de la mesure et l’instant de fin de cycle.However, for platforms with very high mobility, that is to say for platforms having large relative displacements in a short time, the buffered measurements (position and/or telemetry and/or goniometry measurements) cannot no longer be considered as still valid at the end of the cycle due to the movements of the platforms between the instant of the measurement and the instant of the end of the cycle.
De plus, les mesures de distance qui se déroulent sur une certaine durée peuvent présenter une précision non-suffisante et ne plus être exploitables en l’état.In addition, distance measurements that take place over a certain period of time may have insufficient precision and can no longer be used as is.
En effet, dans la plupart des techniques de télémétrie, il est souvent supposé que la distance entre chaque couple de plateformes reste sensiblement inchangée entre l’instant d’émission du signal de type prédéterminé et l’instant de réception du signal de réponse. Or, pour les plateformes à forte mobilité, cette hypothèse ne peut plus donner de résultats fiables.Indeed, in most telemetry techniques, it is often assumed that the distance between each pair of platforms remains substantially unchanged between the instant of transmission of the predetermined type signal and the instant of reception of the response signal. However, for platforms with high mobility, this assumption can no longer give reliable results.
Ainsi, non seulement les mesures bufferisées sur un cycle ne peuvent être exploitées en l’état, mais des mesures de distance déterminées entre des couples de plateformes à forte mobilité ne peuvent pas être utilisées de manière conventionnelle pour déduire les positions des plateformes au sein d’une formation.Thus, not only can the measurements buffered over a cycle not be used as they are, but measurements of the distance determined between pairs of platforms with high mobility cannot be used in a conventional manner to deduce the positions of the platforms within 'a training.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer donc une méthode permettant à la fois de fusionner les mesures avec une organisation judicieuse des traitements de fusion et d’exploiter des mesures de distance entre des couples de plateformes et des mesures inertielles de ces plateformes pour en déduire leur position, même en cas de forte mobilité de ces plateformes.The aim of the present invention is to remedy these drawbacks and therefore to propose a method making it possible both to merge the measurements with a judicious organization of the fusion processing and to exploit measurements of the distance between pairs of platforms and inertial measurements. of these platforms to deduce their position, even in the event of high mobility of these platforms.
À cet effet, l’invention a pour objet un procédé de géolocalisation de plateformes se déplaçant en formation.To this end, the subject of the invention is a process for the geolocation of platforms moving in formation.
Le procédé comprend les étapes suivantes mises en œuvre à chaque acquisition d’un ensemble de mesures, l’ensemble de mesures comprenant des mesures locales relatives à chacune des plateformes et des mesures de distance entre chaque couple de plateformes :The method comprises the following steps implemented each time a set of measurements is acquired, the set of measurements comprising local measurements relating to each of the platforms and distance measurements between each pair of platforms:
- alignement temporel des mesures de l’ensemble de mesures pour obtenir une prédiction de chaque mesure à un instant tk+1futur ;- temporal alignment of the measurements of the set of measurements to obtain a prediction of each measurement at a future instant t k+1 ;
- détermination de données de navigation relatives à l’ensemble des plateformes à l’instant tk+1à partir des prédictions des mesures à l’instant tk+1;- determination of navigation data relating to all of the platforms at time t k+1 from the predictions of the measurements at time t k+1 ;
- actualisation des prédictions de chaque mesure locale à l’instant tk+1ou des données de navigation relatives à l’ensemble des plateformes à l’instant tk+1en utilisant un vecteur d’état précédent comprenant des données de navigation relatives à l’ensemble des plateformes à un instant tkpassé ;- updating the predictions of each local measurement at time t k+1 or of the navigation data relating to all the platforms at time t k+1 by using a previous state vector comprising relative navigation data to all the platforms at a time t k past;
- composition d’un vecteur d’état suivant à partir des données de navigation relatives à l’ensemble des plateformes à l’instant tk+1.- composition of a following state vector from the navigation data relating to all the platforms at time t k+1 .
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :According to other advantageous aspects of the invention, the method comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations:
- les données de navigation comprennent la position et la vitesse de chaque plateforme à l’instant correspondant ;- the navigation data includes the position and speed of each platform at the corresponding time;
- les mesures locales relatives à chacune des plateformes comprennent des mesures inertielles relatives à cette plateforme ;- the local measurements relating to each of the platforms include inertial measurements relating to this platform;
- l’étape d’actualisation est mise en œuvre pour les prédictions de chaque mesure locale à l’instant tk+1après l’étape d’alignement temporel et avant l’étape de détermination des données de navigation ; les données de navigation relatives à l’ensemble des plateformes à l’instant tk+1étant déterminées alors à partir des prédictions actualisées de chaque mesure locale à l’instant tk+1et à partir des prédictions de chaque mesure de distance à l’instant tk+1;- the updating step is implemented for the predictions of each local measurement at time t k+1 after the time alignment step and before the navigation data determination step; the navigation data relating to all the platforms at time t k+1 then being determined from the updated predictions of each local measurement at time t k+1 and from the predictions of each distance measurement at the instant t k+1 ;
- l’étape d’actualisation est mise en œuvre pour les données de navigation après l’étape de détermination de ces données de navigation et avant l’étape de composition du vecteur d’état suivant ; le vecteur d’état suivant étant alors déterminé à partir des données de navigation actualisées ;- the updating step is implemented for the navigation data after the step of determining this navigation data and before the step of composing the next state vector; the next state vector then being determined from the updated navigation data;
- l’étape d’alignement temporel comprend l’alignement temporel des mesures de distance en utilisant le vecteur d’état précédent ;- the time alignment step comprises the time alignment of the distance measurements using the previous state vector;
- l’alignement temporel des mesures de distance comprend pour chaque mesure de distance la vérification d’une condition d’instantanéité de cette mesure consistant à comparer le produit du temps de mesure et d’une première vitesse relative du couple de plateformes correspondant à cette mesure, avec un seuil prédéterminé, la première vitesse relative étant déterminé à l’instant de cette mesure ;- the temporal alignment of the distance measurements comprises for each distance measurement the verification of a condition of instantaneity of this measurement consisting in comparing the product of the measurement time and of a first relative speed of the pair of platforms corresponding to this measurement, with a predetermined threshold, the first relative speed being determined at the instant of this measurement;
- lorsque ledit produit est inférieur au seuil prédéterminé, la mesure correspondante est considérée comme instantanée, la prédiction de cette mesure à l’instant tk+1étant déterminée en fonction de cette mesure, de l’instant tk+1, de l’instant de la mesure, d’une position relative et d’une deuxième vitesse relative du couple de plateformes correspondant à cette mesure, la position relative et la deuxième vitesse relative étant déterminées à l’instant tkà partir du vecteur d’état précédent ;- when said product is below the predetermined threshold, the corresponding measurement is considered instantaneous, the prediction of this measurement at time t k+1 being determined according to this measurement, time t k+1 , instant of the measurement, of a relative position and a second relative speed of the pair of platforms corresponding to this measurement, the relative position and the second relative speed being determined at the instant t k from the state vector previous ;
- lorsque ledit produit est supérieur ou égal au seuil prédéterminé, la mesure correspondante est considérée comme non-instantanée, la prédiction de cette mesure à l’instant tk+1étant déterminée en fonction de l’instant tk+1, d’une première somme, d’une deuxième somme, d’une position relative et d’une deuxième vitesse relative du couple de plateformes correspondant à cette mesure, la position relative et la deuxième vitesse relative étant déterminées à l’instant tkà partir du vecteur d’état précédent ;- when said product is greater than or equal to the predetermined threshold, the corresponding measurement is considered as non-instantaneous, the prediction of this measurement at time t k+1 being determined as a function of time t k+1 , a first sum, of a second sum, of a relative position and of a second relative speed of the pair of platforms corresponding to this measurement, the relative position and the second relative speed being determined at time t k from the previous state vector;
la première somme correspondant à la somme de l’instant d’émission d’un signal de type prédéterminé par l’une des plateformes du couple correspondant et de l’instant de réception par la plateforme ayant émis le signal de type prédéterminé d’un signal de réponse à ce signal de type prédéterminé ;the first sum corresponding to the sum of the instant of emission of a signal of predetermined type by one of the platforms of the corresponding pair and of the instant of reception by the platform having emitted the signal of predetermined type from a response signal to this predetermined type signal;
la deuxième somme correspondant à la somme d’une première distance séparant les plateformes sensiblement au moment de l’émission du signal de type prédéterminé et d’une deuxième distance séparant les plateformes sensiblement au moment de la réception du signal de réponse au signal de type prédéterminé, la deuxième somme étant avantageusement approximée par le produit
- l’étape de détermination des données de navigation comprend la détermination d’une position bidimensionnelle de chaque plateforme dans un plan horizontal et puis, la détermination d’une position tridimensionnelle de chaque plateforme en utilisant une mesure d’altitude ce cette plateforme.- the navigation data determination step comprises the determination of a two-dimensional position of each platform in a horizontal plane and then the determination of a three-dimensional position of each platform by using an altitude measurement of this platform.
L’invention a également pour objet un produit programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsque mises en œuvre par un équipement informatique, mettent en œuvre le procédé tel que défini précédemment.The invention also relates to a computer program product comprising software instructions which, when implemented by computer equipment, implement the method as defined above.
L’invention a également pour objet un module de géolocalisation de plateformes se déplaçant en formation comportant des moyens techniques configurés pour mettre en œuvre le procédé tel que défini précédemment.The invention also relates to a geolocation module for platforms moving in formation comprising technical means configured to implement the method as defined above.
Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :These characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, given solely by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings, in which:
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On a en effet représenté sur la figure 1 une pluralité de plateformes se déplaçant en formation.In fact, FIG. 1 shows a plurality of platforms moving in formation.
Comme expliqué précédemment, par « plateforme » on entend tout engin, notamment un engin motorisé, apte à se déplacer dans l’espace, notamment en formation avec d’autres engins.As explained above, by "platform" is meant any machine, in particular a motorized machine, capable of moving in space, in particular in formation with other machines.
Cette formation est composée de N plateformes, où N est un nombre naturel supérieur ou égal à 2.This formation is composed of N platforms, where N is a natural number greater than or equal to 2.
Dans l’exemple de la figure 1, chaque plateforme est un aéronef, notamment un avion, repérée sur cette figure par l’une des références A1à A4.In the example of FIG. 1, each platform is an aircraft, in particular an airplane, identified in this figure by one of the references A 1 to A 4 .
Par ailleurs, dans l’exemple de cette figure, les plateformes A1à A4effectuent un vol en formation présentant la forme d’un losange.Furthermore, in the example of this figure, the platforms A 1 to A 4 perform a formation flight in the shape of a diamond.
Cette forme de la formation est variable au cours du temps en fonction par exemple des évènements extérieurs ou des règles prédéterminées.This form of training is variable over time depending for example on external events or predetermined rules.
En outre, avantageusement, chaque plateforme A1à A4présente une forte mobilité relativement à chaque autre plateforme. Cela signifie en particulier que les positions relatives des plateformes évoluent rapidement.In addition, advantageously, each platform A 1 to A 4 has high mobility relative to each other platform. This means in particular that the relative positions of the platforms change rapidly.
Chaque plateforme A1à A4comprend un module de géolocalisation permettant de mettre en œuvre une navigation collaborative au sein de la formation, comme cela sera expliqué en détail par la suite.Each platform A 1 to A 4 includes a geolocation module making it possible to implement collaborative navigation within the training, as will be explained in detail later.
Les modules de géolocalisation et des composantes associées à ces modules des plateformes A1à A4sont par exemple tous analogues entre eux. Ainsi, par la suite, seul un module de navigation 10 et des composantes associées à celui-ci de la plateforme A1seront expliqués en détail en référence à la figure 2.The geolocation modules and components associated with these modules of the platforms A 1 to A 4 are for example all analogous to each other. Thus, subsequently, only a navigation module 10 and components associated with it of the platform A 1 will be explained in detail with reference to Figure 2.
Ainsi, comme cela est visible sur cette figure 2, le module de géolocalisation 10 comprend une unité d’entrée 12, une unité de traitement 13 et une unité de sortie 14.Thus, as can be seen in this figure 2, the geolocation module 10 comprises an input unit 12, a processing unit 13 and an output unit 14.
Chacune de ces unités 12 à 14 se présente au moins partiellement sous la forme d’un circuit logique programmable et/ou d’un logiciel configurés pour mettre en œuvre les fonctions associées. De plus, lorsqu’au moins l’une de ces unités 12 à 14 se présente au moins partiellement sous la forme d’un logiciel, ce logiciel est stocké dans une mémoire associée et est mis en œuvre par un logiciel associé.Each of these units 12 to 14 is at least partially in the form of a programmable logic circuit and/or software configured to implement the associated functions. Moreover, when at least one of these units 12 to 14 is at least partially in the form of software, this software is stored in an associated memory and is implemented by an associated software.
L’unité d’entrée 12 est apte à acquérir des données issues de systèmes externes.The input unit 12 is able to acquire data from external systems.
En particulier, l’unité d’entrée 12 est apte à acquérir des données de navigation issues d’un capteur GNSS 22. Ces données de navigation sont déduites de signaux transmis par les satellites d’un système GNSS et permettent notamment de déterminer une position absolue dans un repère terrestre de la plateforme A1correspondante.In particular, the input unit 12 is able to acquire navigation data from a GNSS sensor 22. These navigation data are deduced from signals transmitted by the satellites of a GNSS system and in particular make it possible to determine a position absolute in a terrestrial reference of the corresponding platform A 1 .
L’unité d’entrée 12 est apte en outre à acquérir des données issues d’un système de radiocommunication 23 avec les autres plateformes de la formation.The input unit 12 is also able to acquire data from a radio communication system 23 with the other training platforms.
En particulier, le système de radiocommunication 23 permet d’établir une liaison radioélectrique avec un système analogue d’au moins une autre plateforme afin de recevoir des données utiles issues de cette autre plateforme et de déterminer de cette liaison des données de télémétrie et avantageusement, des données de goniométrie relatives à cette autre plateforme.In particular, the radio communication system 23 makes it possible to establish a radio link with an analog system of at least one other platform in order to receive useful data from this other platform and to determine telemetry data from this link and advantageously, goniometry data relating to this other platform.
Les données de télémétrie comprennent notamment des mesures de distance entre les plateformes correspondantes. Ces données sont déduites par exemple de la liaison radioélectrique établie entre les deux plateformes en envoyant un signal de type prédéterminé dans cette liaison et en mesurant le temps de réponse à ce signal par un signal de réponse.The telemetry data includes in particular distance measurements between the corresponding platforms. These data are deduced for example from the radio link established between the two platforms by sending a signal of a predetermined type in this link and by measuring the response time to this signal by a response signal.
Les données de goniométrie générées par l’une des plateformes comprennent notamment des mesures d’angle entre l’autre plateforme et une direction prédéterminée. Ces mesures sont déduites en analysant les directions de provenance des signaux radioélectriques formant la liaison radioélectrique correspondante.The goniometry data generated by one of the platforms notably includes angle measurements between the other platform and a predetermined direction. These measurements are deduced by analyzing the directions of origin of the radioelectric signals forming the corresponding radioelectric link.
Les données utiles comprennent des données relatives à différentes plateformes de la formation.Payload data includes data related to different training platforms.
Ces données utiles comprennent par exemple des mesures relatives à la position absolue et à l’altitude de chacune des plateformes, y compris des plateformes dépourvues de liaison radioélectrique directe avec la plateforme A1. Pour cela, il est nécessaire que chacune des plateformes ait une liaison radioélectrique avec au moins une autre plateforme. Dans ce cas, des informations utiles relatives à une telle plateforme sont transmises à l’ensemble des autres plateformes via une ou plusieurs autres plateformes.These payload data include, for example, measurements relating to the absolute position and the altitude of each of the platforms, including platforms without a direct radio link with the platform A 1 . For this, it is necessary for each of the platforms to have a radio link with at least one other platform. In this case, useful information relating to such a platform is transmitted to all the other platforms via one or more other platforms.
Ces données utiles comprennent également des mesures de distance entre des plateformes autres que la plateforme A1.These payload data also include distance measurements between platforms other than platform A 1 .
Ainsi, le système de radiocommunication 23 permet d’établir un réseau de communication maillé au sein de la formation des plateformes A1à A4ce qui permet de transmettre des données utiles relatives à l’ensemble des plateformes.Thus, the radiocommunication system 23 makes it possible to establish a meshed communication network within the formation of the platforms A 1 to A 4 which makes it possible to transmit useful data relating to all of the platforms.
L’unité d’entrée 12 permet en outre d’acquérir des mesures issues d’une centrale inertielle 24 et d’un altimètre 25 de la plateforme A1.The input unit 12 also makes it possible to acquire measurements coming from an inertial unit 24 and from an altimeter 25 of the platform A 1 .
En particulier, de manière connue en soi, les mesures délivrées par la centrale inertielle 24 comprennent des mesures inertielles permettant de déduire une position absolue de la plateforme A1à partir d’un point de référence. Cette position absolue est déduite en analysant les accélérations de la plateforme A1détectées par la centrale inertielle 24 à partir du point de référence.In particular, in a manner known per se, the measurements delivered by the inertial unit 24 include inertial measurements making it possible to deduce an absolute position of the platform A 1 from a reference point. This absolute position is deduced by analyzing the accelerations of the platform A 1 detected by the inertial unit 24 from the reference point.
Également de manière connue en soi, les mesures délivrées par l’altimètre 25 comprennent des mesures relatives à l’altitude courante de la plateforme A1.Also in a manner known per se, the measurements delivered by the altimeter 25 include measurements relating to the current altitude of the platform A 1 .
Dans la suite de la description, les mesures délivrées par la centrale inertielle 24, par l’altimètre 25 et par le capteur GNSS 22 seront appelées mesures locales. En effet, chaque mesure locale est relative à une seule plateforme A1à A4.In the rest of the description, the measurements delivered by the inertial unit 24, by the altimeter 25 and by the GNSS sensor 22 will be called local measurements. Indeed, each local measurement relates to a single platform A 1 to A 4 .
Ainsi, chaque mesure locale correspond à la position, à la vitesse, à l’accélération ou à l’altitude de la plateforme A1à A4correspondante.Thus, each local measurement corresponds to the position, to the speed, to the acceleration or to the altitude of the corresponding platform A 1 to A 4 .
À la différence d’une mesure locale, une mesure de distance entre un couple de plateformes est relative à deux plateformes.Unlike a local measurement, a distance measurement between a pair of platforms is relative to two platforms.
L’unité de traitement 13 permet d’analyser l’ensemble des données acquises par l’unité d’entrée 12 afin d’en déduire des données de navigation relative à chacune des plateformes A1à A4.The processing unit 13 makes it possible to analyze all of the data acquired by the input unit 12 in order to deduce therefrom navigation data relating to each of the platforms A 1 to A 4 .
En particulier, l’unité de traitement 13 comprend une mémoire tampon 27 apte à stocker des données à traiter par l’unité 13. AIn particular, the processing unit 13 comprises a buffer memory 27 capable of storing data to be processed by the unit 13. A
L’unité de traitement 13 est apte à traiter en un cycle de traitement l’ensemble des données stockées dans cette mémoire tampon 27.The processing unit 13 is able to process in one processing cycle all the data stored in this buffer memory 27.
L’étendue temporelle de chaque cycle de traitement est par exemple inférieure à 400 ms, avantageusement à 200 ms et de préférence à 100 ms.The time span of each processing cycle is for example less than 400 ms, advantageously 200 ms and preferably 100 ms.
Les données de navigation comprennent notamment la position et la vitesse de chacune des plateformes A1à A4ainsi que des variances associées à la précision de ces valeurs.The navigation data includes in particular the position and the speed of each of the platforms A 1 to A 4 as well as variances associated with the precision of these values.
Pour déterminer ces données, l’unité de traitement 13 est apte à mettre en œuvre au moins certaines étapes d’un procédé de géolocalisation expliqué en détail par la suite.To determine these data, the processing unit 13 is capable of implementing at least certain steps of a geolocation method explained in detail below.
L’unité de sortie 14 est apte à transmettre les données de navigation déterminées par l’unité de traitement 13 à des systèmes embarqués de la plateforme A1qui sont configurés pour utiliser ces positions.The output unit 14 is capable of transmitting the navigation data determined by the processing unit 13 to on-board systems of the platform A 1 which are configured to use these positions.
Ainsi, par exemple, ces systèmes embarqués comprennent un système d'alerte de trafic et d'évitement de collision, un système de navigation, un système d’affichage, etc.So, for example, these on-board systems include a traffic alert and collision avoidance system, a navigation system, a display system, etc.
Le procédé de géolocalisation selon un premier mode de réalisation de l’invention sera désormais expliqué en référence à la figure 3 présentant un organigramme de ses étapes.The geolocation method according to a first embodiment of the invention will now be explained with reference to FIG. 3 presenting a flowchart of its steps.
Dans l’exemple décrit, ce procédé est mis en œuvre par le module de géolocalisation 10 de la plateforme A1qui est alors appelée plateforme de référence. Les autres plateformes A2à A4sont appelées plateformes voisines.In the example described, this method is implemented by the geolocation module 10 of the platform A 1 which is then called the reference platform. The other platforms A 2 to A 4 are called neighboring platforms.
Toutefois, il doit être compris qu’avantageusement, le procédé de géolocalisation décrit ci-dessous est mis en œuvre par le module de géolocalisation 10 de chacune des plateformes. Ainsi, dans le cas général, la plateforme mettant en œuvre le procédé de géolocalisation est considérée comme plateforme de référence aux fins de ce procédé, les autres plateformes étant considérées comme plateformes voisines.However, it should be understood that advantageously, the geolocation method described below is implemented by the geolocation module 10 of each of the platforms. Thus, in the general case, the platform implementing the geolocation method is considered as the reference platform for the purposes of this method, the other platforms being considered as neighboring platforms.
Par ailleurs, il doit être également compris que le procédé décrit ci-dessous peut être mis en œuvre par un module de géolocalisation externe de toute plateforme. Dans ce cas, un tel module, disposé par exemple au sol, définit une liaison de données privilégiée avec au moins l’une des plateformes A1à A4qui est alors appelée en ce cas plateforme de référence, les autres plateformes étant appelées plateformes voisines.Furthermore, it should also be understood that the method described below can be implemented by an external geolocation module of any platform. In this case, such a module, placed for example on the ground, defines a privileged data link with at least one of the platforms A 1 to A 4 which is then called in this case reference platform, the other platforms being called platforms neighbours.
Il est également supposé que chaque plateforme dispose d’une liaison radioélectrique avec au moins une autre plateforme.It is also assumed that each platform has a radio link with at least one other platform.
Enfin, il est supposé que la formation A1à A4se trouve par exemple dans une zone de brouillage au moins partiel des signaux GNSS.Finally, it is assumed that the formation A 1 to A 4 is for example in a zone of at least partial interference of the GNSS signals.
Lors d’une étape initiale 110, l’unité d’entrée 12 acquiert l’ensemble des données issues des composantes 22 à 25 associées à cette unité.During an initial step 110, the input unit 12 acquires all the data from the components 22 to 25 associated with this unit.
Ces données comprennent un ensemble de mesures qui est, comme décrit précédemment, composée de mesures locales relatives à chaque plateforme A1à A4et de mesures de distance entre chaque couple de plateformes.These data comprise a set of measurements which is, as described above, composed of local measurements relating to each platform A 1 to A 4 and distance measurements between each pair of platforms.
Avantageusement, les mesures locales relatives à chaque plateforme A1à A4comprennent la position, la vitesse et de préférence, l’altitude de cette plateforme.Advantageously, the local measurements relating to each platform A 1 to A 4 include the position, the speed and preferably the altitude of this platform.
Puis, l’unité d’entrée 12 transmet l’ensemble de mesures à l’unité de traitement 13 qui les stocke dans la mémoire tampon 27. Autrement dit, lors de cette étape 110, le module de traitement 13 bufférise les données à traiter en un cycle de traitement.Then, the input unit 12 transmits the set of measurements to the processing unit 13 which stores them in the buffer memory 27. In other words, during this step 110, the processing module 13 buffers the data to be processed in one processing cycle.
Les étapes 120 à 150 décrites ci-dessous correspondent à un cycle de traitement.Steps 120 to 150 described below correspond to one processing cycle.
Autrement dit, ce cycle de traitement est mis en œuvre par le module de traitement 13 à chaque nouvelle acquisition d’un ensemble de mesures.In other words, this processing cycle is implemented by the processing module 13 on each new acquisition of a set of measurements.
Il est supposé par ailleurs que ce cycle de traitement est mis en œuvre entre un instant tkpassé et un instant tk+1futur.It is furthermore assumed that this processing cycle is implemented between a past instant t k and a future instant t k+1 .
Lors de l’étape 120, le module de traitement 13 aligne temporellement toutes les mesures.During step 120, the processing module 13 temporally aligns all the measurements.
Pour cela, le module de traitement 13 calcule des prédictions de chaque mesure à l’instant tk+1. Ces prédictions à l’instant tk+1présentent donc des mesures alignées temporellement à l’instant tk+1.For this, the processing module 13 calculates predictions of each measurement at time t k+1 . These predictions at instant t k+1 therefore present measurements aligned temporally at instant t k+1 .
Les prédictions sont calculées différemment en fonction de la nature des mesures.Predictions are calculated differently depending on the nature of the measurements.
Ainsi, les mesures locales sont extrapolées à l’instant tk+1en utilisant des techniques connues en soi.Thus, the local measurements are extrapolated at time t k+1 using techniques known per se.
Ces techniques supposent par exemple que chaque plateforme se déplace entre l’instant t et l’instant tk+1selon une trajectoire rectiligne avec une vitesse constante.These techniques assume for example that each platform moves between time t and time t k+1 along a rectilinear trajectory with a constant speed.
Cela peut par exemple être fait en utilisant un filtre de Kalman, par exemple de type NCV.This can for example be done by using a Kalman filter, for example of the NCV type.
Avantageusement, les prédictions des mesures de distance à l’instant tk+1sont calculées autrement.Advantageously, the predictions of the distance measurements at time t k+1 are calculated differently.
Dans la suite, ce calcul sera expliqué pour une seule mesure de distance, par exemple pour une mesure de distance
Ce calcul est mis en œuvre en utilisant un vecteur d’état précédent
Le vecteur d’état précédent
Le vecteur
Pour calculer la prédiction
La première vitesse relative
où
Le seuil prédéterminé
Lorsque ledit produit est inférieur au seuil prédéterminé, c’est-à-dire lorsque
Dans ce cas, la prédiction
En particulier, la prédiction
où la position relative
et la deuxième vitesse relative
Lorsque ledit produit est supérieur ou égal au seuil prédéterminé
En particulier, dans ce cas, il est considéré que le temps de réponse au signal de type prédéterminé par l’une des plateformes est non-négligeable par rapport au déplacement relatif des plateformes.In particular, in this case, it is considered that the response time to the signal of the predetermined type by one of the platforms is non-negligible compared to the relative movement of the platforms.
Un tel cas est illustré schématiquement sur la figure 4.Such a case is schematically illustrated in Figure 4.
En effet, la figure 4 illustre une échelle temporelle t lors de la communication radioélectrique des plateformes A1et A2.Indeed, FIG. 4 illustrates a time scale t during the radioelectric communication of the platforms A 1 and A 2 .
Il est considéré sur cette échelle que la plateforme A1envoie un signal de type prédéterminé S1à l’instant TAtx. Ce signal est reçu par la plateforme A2à l’instant TRtx.It is considered on this scale that the platform A 1 sends a signal of the predetermined type S 1 at the instant TAtx. This signal is received by platform A 2 at time TRtx.
Puis, la plateforme A2envoie un signal de réponse S2à l’instant TRtx qui est reçu par la plateforme A1à l’instant TRrx.Then, platform A 2 sends a response signal S 2 at time TRtx which is received by platform A 1 at time TRrx.
Dans l’exemple de cette figure 4, la différence TRtx-TArx correspond au temps de réponse par la plateforme A2et ne peut pas être négligée par rapport au déplacement relatif des plateformes A1et A2lors du temps de mesure
Ainsi, lorsque la mesure
La première somme correspond à la somme des valeurs TAtx et TRrx qui sont également mesurées par chacune des plateformes et sont transmises avec les mesures de distance correspondantes.The first sum corresponds to the sum of the TAtx and TRrx values which are also measured by each of the platforms and are transmitted with the corresponding distance measurements.
La deuxième somme correspond à la somme d’une première distance
En particulier, la prédiction
oùOr
Selon l’invention, cette deuxième somme est égale au produit
La valeur
Le temps de réponse TRtx-TArx à un signal est propre à chacune des plateformes A1à A4. Ce temps de réponse est connu car transmis par exemple avec le signal de réponse S2pour chaque mesure de distance entre le couple des plateformes correspondants.The response time TRtx-TArx to a signal is specific to each of the platforms A 1 to A 4 . This response time is known because transmitted for example with the response signal S 2 for each distance measurement between the pair of corresponding platforms.
Lors de l’étape 130 suivante, l’unité de traitement 13 actualise les prédictions de chaque mesure locale à l’instant tk+1en utilisant le vecteur d’état précédent
Cette étape correspond donc à la fusion des données de navigation connues à l’instant tkavec les prédictions de chaque mesure locale à l’instant tk+1 et a pour but d’améliorer la précision des prédictions des mesures locales à l’instant tk+1.This step therefore corresponds to the merging of the navigation data known at time tkwith the predictions of each local measurement at time tk+1 and aims to improve the accuracy of predictions of local measurements at time tk+1.
Cette fusion est effectuée selon des techniques connues en soi.This fusion is carried out according to techniques known per se.
Lors de l’étape 140 suivante, l’unité de traitement 13 détermine des données de navigation relatives à l’ensemble des plateformes à l’instant tk+1à partir des prédictions des mesures de distance à l’instant tk+1et des prédictions actualisées des mesures locales à l’instant tk+1.During the next step 140, the processing unit 13 determines navigation data relating to all of the platforms at time t k+1 from the predictions of the distance measurements at time t k+1 and updated predictions of local measurements at time t k+1 .
Notamment, lors de cette étape, l’unité de traitement 13 utilise les positions absolues de chacune des plateformes et les distances entre chaque couple de plateformes pour obtenir des positions absolues précisées de chacune des plateformes.In particular, during this step, the processing unit 13 uses the absolute positions of each of the platforms and the distances between each pair of platforms to obtain precise absolute positions of each of the platforms.
Pour ce faire, le module de traitement 13 utilise par exemple une technique connue en soi et habituellement utilisée dans le domaine de géolocalisation collaborative.To do this, the processing module 13 uses for example a technique known per se and usually used in the field of collaborative geolocation.
Selon un exemple particulier de réalisation de l’invention, pour déterminer des positions précisées de chaque plateforme, l’unité de traitement 13 projette d’abord les positions absolues des plateformes qui sont connues à partir des prédictions actualisées des mesures locales à l’instant tk+1, sur un plan horizontal. Ce plan horizontal est par exemple défini par la plateforme de référence A1.According to a particular embodiment of the invention, to determine precise positions of each platform, the processing unit 13 first projects the absolute positions of the platforms which are known from the updated predictions of the local measurements at the instant t k+1 , on a horizontal plane. This horizontal plane is for example defined by the reference platform A 1 .
Puis, le module de traitement 13 détermine une image dans ce plan horizontal de la prédiction
Puis, le module de traitement 13 détermine des positions bidimensionnelles de chaque plateforme dans le plan horizontal en utilisant les projections des positions absolues connues de ces plateformes et les images des prédictions des mesures de distance dans ce plan horizontal.Then, the processing module 13 determines two-dimensional positions of each platform in the horizontal plane by using the projections of the known absolute positions of these platforms and the images of the predictions of the distance measurements in this horizontal plane.
Enfin, pour obtenir des positions tridimensionnelles de chaque plateforme, le module de traitement 13 complète les positions bidimensionnelles obtenues par les altitudes de ces plateformes. Ces altitudes sont également obtenues à partir des prédictions actualisées des mesures locales à l’instant tk+1.Finally, to obtain three-dimensional positions of each platform, the processing module 13 supplements the two-dimensional positions obtained by the altitudes of these platforms. These altitudes are also obtained from the updated predictions of the local measurements at time t k+1 .
Lors de l’étape 150 suivante, l’unité de traitement 13 finalise le cycle de traitement en définissant un vecteur d’état suivant
Ainsi, lors du cycle suivant de traitement, ce vecteur d’état suivant
Lors de l’étape 160, l’unité de sortie 14 transmet chaque nouveau vecteur d’état suivant
Le procédé de géolocalisation selon un deuxième mode de réalisation diffère de celui selon le premier mode de réalisation par l’ordre d’exécution des étapes.The geolocation method according to a second embodiment differs from that according to the first embodiment by the order of execution of the steps.
En particulier, selon le deuxième mode de réalisation, l’étape de détermination 140 des données de navigation est mise en œuvre avant l’étape d’actualisation 130 des prédictions des mesures locales.In particular, according to the second embodiment, the step 140 for determining the navigation data is implemented before the step 130 for updating the predictions of the local measurements.
Dans ce cas, lors de l’étape 140, l’unité de traitement 13 détermine des données de navigation relatives à l’ensemble des plateformes à l’instant tk+1à partir des prédictions des mesures de distance à l’instant tk+1et des prédictions non-actualisées des mesures locales à l’instant tk+1, comme cela a été expliqué précédemment.In this case, during step 140, the processing unit 13 determines navigation data relating to all of the platforms at time t k+1 from the predictions of the distance measurements at time t k+1 and non-updated predictions of local measurements at time t k+1 , as explained above.
Puis, le module de traitement 13 met en œuvre l’étape 130 lors de laquelle il actualise les données de navigation obtenues lors de l’étape 140 en utilisant le vecteur d’état
Enfin, le module de traitement 13 met en œuvre l’étape 150 lors de laquelle il compose le vecteur d’état suivant
On conçoit alors que l’invention présente un certain nombre d’avantages.It can then be seen that the invention has a certain number of advantages.
Tout d’abord, l’invention permet d’obtenir des données de navigation de plateformes se déplaçant en formation de manière très précise même en cas d’une très forte mobilité de ces plateformes.First of all, the invention makes it possible to obtain navigation data from platforms moving in formation in a very precise manner, even in the event of very high mobility of these platforms.
Cela est atteint en particulier en mettant en œuvre un alignement temporel de l’ensemble des mesures et en utilisant des prédictions précises des mesures de distance entre différents couples de plateformes. Ces prédictions prennent notamment en compte les déplacements relatifs entre les plateformes lors de la prise de mesures.This is achieved in particular by implementing a time alignment of all measurements and by using accurate predictions of distance measurements between different pairs of platforms. These predictions notably take into account the relative displacements between the platforms when taking measurements.
Enfin, en traitant des positions bidimensionnelles dans un plan horizontal au lieu des positions tridimensionnelles, la mise en œuvre de chaque cycle de traitement selon le procédé peut être considérablement accélérée. Ainsi, il est possible de traiter plus de mesures avec les mêmes performances du module de géolocalisation ce qui permet d’améliorer davantage la précision des résultats.Finally, by processing two-dimensional positions in a horizontal plane instead of three-dimensional positions, the implementation of each processing cycle according to the method can be considerably accelerated. Thus, it is possible to process more measurements with the same performance of the geolocation module, which further improves the accuracy of the results.
Claims (12)
le procédé comprenant les étapes suivantes mises en œuvre à chaque acquisition d’un ensemble de mesures, l’ensemble de mesures comprenant des mesures locales relatives à chacune des plateformes (A1,…,A4) et des mesures de distance entre chaque couple de plateformes :
- alignement temporel (120) des mesures de l’ensemble de mesures pour obtenir une prédiction de chaque mesure à un instant tk+1futur ;
- détermination (140) de données de navigation relatives à l’ensemble des plateformes (A1,…,A4) à l’instant tk+1à partir des prédictions des mesures à l’instant tk+1;
- actualisation (130) des prédictions de chaque mesure locale à l’instant tk+1ou des données de navigation relatives à l’ensemble des plateformes (A1,…,A4) à l’instant tk+1en utilisant un vecteur d’état précédent (
- composition (150) d’un vecteur d’état suivant (
the method comprising the following steps implemented at each acquisition of a set of measurements, the set of measurements comprising local measurements relating to each of the platforms (A 1 ,…, A 4 ) and distance measurements between each pair of platforms:
- time alignment (120) of the measurements of the set of measurements to obtain a prediction of each measurement at a future instant t k+1 ;
- determination (140) of navigation data relating to all of the platforms (A 1 ,…, A 4 ) at time t k+1 from the predictions of the measurements at time t k+1 ;
- updating (130) the predictions of each local measurement at time t k+1 or of the navigation data relating to all the platforms (A 1 ,…, A 4 ) at time t k+1 using a previous state vector (
- composition (150) of a following state vector (
les données de navigation relatives à l’ensemble des plateformes (A1,…,A4) à l’instant tk+1étant déterminées alors à partir des prédictions actualisées de chaque mesure locale à l’instant tk+1et à partir des prédictions de chaque mesure de distance à l’instant tk+1.A method according to any preceding claim, wherein the updating step (130) is implemented for the predictions of each local measurement at time t k+1 after the time alignment step (120 ) and before the step of determining (130) the navigation data;
the navigation data relating to all of the platforms (A 1 ,…,A 4 ) at time t k+1 then being determined from the updated predictions of each local measurement at time t k+1 and at from the predictions of each distance measurement at time t k+1 .
le vecteur d’état suivant (
the next state vector (
la première somme correspondant à la somme de l’instant d’émission d’un signal de type prédéterminé (
la deuxième somme correspondant à la somme d’une première distance (
est la somme des temps de propagation du signal de type prédéterminé et du signal de réponse à ce signal.Method according to claim 7 or 8, wherein when said product is greater than or equal to the predetermined threshold (
the first sum corresponding to the sum of the instant of transmission of a signal of predetermined type (
the second sum corresponding to the sum of a first distance (
is the sum of the propagation times of the signal of predetermined type and of the response signal to this signal.
Geolocation module (10) of platforms (A 1 ,…, A 4 ) moving in formation comprising technical means (12, 13, 14, 27) configured to implement the method according to any one of claims 1 to 10.
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